【摘 要】
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氢氧化镁(Mg(OH)2)作为一种环保无机材料在许多领域有重要的应用,比如高分子阻燃剂添加物,废水处理以及烟雾抑制等.纳米尺寸的氢氧化镁具有较高的比表面积和高分散性等优
【机 构】
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武汉大学物理科学与技术学院,湖北省核固体物理重点实验室,武汉430072
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氢氧化镁(Mg(OH)2)作为一种环保无机材料在许多领域有重要的应用,比如高分子阻燃剂添加物,废水处理以及烟雾抑制等.纳米尺寸的氢氧化镁具有较高的比表面积和高分散性等优点,其分解产物氧化镁(MgO)可作为催化剂或者超导材料,并且其性能与分解前的氢氧化镁特性息息相关,然而,氢氧化镁热分解过程中微结构及缺陷的变化则很少有人关注.本文采用正电子寿命谱学并结合密度泛函计算,X射线衍射分析(XRD),热重-差热分析(TG-DSC)等技术对纳米氢氧化镁的热分解行为进行了研究.XRD衍射谱结果显示纳米氢氧化镁在退火条件下完全转变为氧化镁发生在350～400℃,根据谢乐公式得到的平均晶粒尺寸随着退火温度增加有轻微的增加,但在300℃左右开始明显下降,随后又继续随退火温度增加而增大,这反映了氢氧化镁分解前晶粒长大以及分解后产生细小氧化镁晶粒和晶粒生长的过程.TG-DSC分析曲线进一步证实了该纳米氢氧化镁的分解温度范围约为310～450℃,热分解温度为400℃.正电子寿命谱测量结果表明寿命τ1,τ2,τ3和相对强度I1,I2,I3均在300～400℃左右发生明显变化,与XRD、TG-DSC测量结果一致.当发生从氢氧化镁到氧化镁相转变时,短寿命τ1从199±7.8ps轻微地增大到208±4.8ps,τ2从420±18ps增大到452±14ps,长寿命τ3也有明显增加,长寿命的存在表示有正电子素形成；相对强度I1增加,I2和I3却明显减小.结合密度泛函理论计算结果推知该纳米氢氧化镁颗粒本身含有一定量的单空位、空位团和晶粒之间的微孔洞等缺陷,热分解过程中伴随着水分子的形成蒸发,晶粒表面原子重排,晶粒结构发生转变,进一步在氧化镁晶体内产生了单空位缺陷,并引起空位团和晶粒之间的微孔洞团聚长大从而导致数量下降.值得注意的是I3随退火温度增加的下降比TG曲线的下降提早了约50℃,这说明正电子寿命谱探测到的正电子素的形成及变化可以作为一种新的灵敏的方法尝试用于研究一些纳米材料的热分解行为.
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